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氫之性
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氫之排位
總體特性
名稱, 代號, 序號 氫、H、1
系列 非金屬
, 週期, 元素分區 一族, , s
密度硬度 0.0899 kg/m3(273K)、NA
颜色和外表 無色
H,1.jpg
大氣含量 10-4 %
地殼含量 0.88 %
原子屬性
原子量 1.00794 原子量單位
原子半徑 (計算值) 25(53)皮米
共價半徑 37 pm
范德華半徑 120 pm
價電子排怖 1s1
電子在每能級的排怖 1
氧化價(氧化物 1(兩性的)
晶體結構 六角形
物理屬性
物質狀態 氣態
熔點 14.025 開氏度 (-259.125 攝氏度
沸點 20.268 開氏度 (-252.882 攝氏度)
摩爾體積 11.42×10-6m3/mol
汽化熱 0.44936 千焦耳/摩爾
熔化熱 0.05868 千焦耳/摩爾
蒸氣熱 209 (23開氏度)
聲速 1270 米/秒(293.15開氏度)
其他性質
電負性 2.2(鮑林標度
比熱 14304 焦耳/千克開文氏
電導率 無數據
熱導率 0.1815 W/(m·K)
電離能 1312 kJ/mol
最穩定的同位素
同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量
MeV
衰變產物
1H 99.985 % 穩定
2H 0.015 % 穩定
3H 10-15 % /
人造
12.32年 β衰變 0.019 3He
4H 人造 9.93696×10-23 中子釋放 2.910 3H
5H 人造 8.01930×10-23 中子釋放 ? 4H
6H 人造 3.26500×10-22 三粒中子
釋放
? 3H
7H 人造 無數據 中子釋放? ? 6H?
核磁公振特性
1H 2H 3H
核自旋 1/2 1 1/2
靈敏度 1 0.00965 1.21
無注者,乃以國際標準基準單位單位及標準氣温和氣壓默許之

者(化學符號︰H、原子序︰一),化學元素也。諸元素中,無有輕於其者。常態之下,二合為一,色味咸無,是為氫氣。六合之中,四有其三,可謂盈於宇宙也。天上諸恒星,壯盛之時,殆盡為是物耳。然於地球之上,所有甚稀,蓋因其過輕之故,幾盡逸於太虛耳。

若欲得之,當分解碳水化合物,甫成即用,免復逸去。諸若加氫裂化哈伯反應等,咸以此成。至若實驗室之內,難以上法,亦可由電解得之,惟價昂甚耳。

諸氫之中,以氫一為最,蓋其質子有一而無中子耳。若化離子,可正可負,多存乎水、有機物間。殆可盡化萬物,尤以酸鹼化學為甚,夫酸鹼反應者,氫陽離子之易處也,故無氫則莫成耳。

若以量子化學目之,尤為要耳。蓋諸中性原子之中,惟其可得薛丁格方程之解,誠為奇也。推及他物,遂得萬物之圖,可謂諸物之先耳。

發現

十六世紀末,瑞士化學家巴拉采爾斯於稀硫酸,鐵片即逝,出氣泡,即為氫氣也。然至一七六六年英國科學家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)定之為化學元素,時謂“可燃空氣”,可於氧氣中燒而生水矣。一七八七年法蘭西化學家拉瓦錫(Antoine Lavoisier)證為單質,易其名氫也。

名稱之源

  • 有曰氫源於希臘語中之「hydrogens」,hydro為水之意,gens意謂「造成」,全意「生水之物」矣。
  • 中文原稱「氫氣」為「輕氣」,「氫」屬後造之形聲字也。
  • 日語朝鮮語循希臘語原義,曰「水素」。

分布

游離態氫於地球大氣中者甚稀。衡其比重,於地殼內僅百一,倘以原子之數記之,則為百之十七。氫盈與世,百倍於眾元素之和,以原子較為百之九三。水尤氫之倉廩,含氫百之十一;泥者,含氫百之一點五;而「石油」、「天然氣」者亦含氫。唯中之氫氣基稀,乃體積二百萬之一。

製備

工業以電解之法、烴裂解之法、烴蒸氣轉化之法、煉廠氣提取之法得之。

蒸氣重組法

蒸氣重組之法,多為用也,其法曰:

 
 (水煤氣變換反應)

此乃放熱過程。

蒸氣甲烷重組之法(SMR)乃恆用,價廉。以天然氣作原料,升溫攝氏七百至千一百度間,以金屬催化之,水與甲烷反應,一氧化碳與氫氣得之矣:

 

電解

稍以酸佐水,通電而得氫,亦隨之生也。

純化

工業需極純氫也。然今所造之氫,雜他物其間,宜純化之。 氫氣之純化法:

本論 適用原料氣 製得之氫氣純度 宜格
高壓催化法 氫與催化反應以去氧 含氧之氫氣,主為電解法所產之氫氣 百之九十九點九九九
金屬氫化物分離法 先生氫與金屬為金屬氫化物,後加熱或减壓解之 氫含量較低之氫體 大於百之九十九點九九九 中小
高壓吸附法 吸附劑選吸附雜質 凡含氫氣體 百之九十九點九九九
低温分離法 低温下使氣體冷凝 凡含氫氣體 百之九十至九十八
鈀合金薄膜擴散法 鈀合金薄膜對氫有擇滲透性,而其他氫體則不能過之 氫含量較低之氣體 大於百之九十九點九九九 中小
聚合物薄膜擴散法 氣體通過薄膜之擴散速率不同 煉油廠廢氣 百之九十二至九十八

同位素

元素之眾,惟氫之同位素多名耳。其如者(piē,ㄆㄧㄝ)(1H)、者(dāo,ㄉㄠ)(2H,D,重氫)、者(chuān,ㄔㄨㄢ)(3H,T,超重氫)。

以人工之法合成同位素 4H、5H、6H、7H。

用途

氫乃工業原料之要,可產甲醇,亦作提煉石油,氫化有機物質作收縮氣體,用於氫氧焰熔接器與火箭燃料中。高溫下,以氫還金屬氧化物生金屬,在制其性質較越,金屬亦純矣。廣用於等金屬粉末與之產。

人等用製氫氣球,氫氣甚輕故耳。氫氣與氧氣化合,釋大熱,用之割金屬也。

氘與氚(氫之同位素)之原子核聚變,生能可製氫彈,其能大於原子彈

時亦可為將作汽車之可替代性然料。美國二〇〇二年亦提「國家氫氣動力計劃」。惟技術未熟,未廣用於工業。二〇〇三年科學家發之,用氫燃料可增大氣之氫四八倍,教同溫層上端更冷、雲層更多,亦擴臭氧洞。惟一些因素亦可抵之影,其如減用氯氟甲烷土壤之吸收、及闢燃料電池新術等。


另見

它典